Știință, medicină și viitorul Genomică nutrițională
Ruan Elliott
a Institute of Food Research, Norwich Research Park, Colney, Norwich NR4 7UA, b Dezvoltare cercetare clinică, TNO BIBRA, Carshalton SM5 4DS
Teng Jin Ong
a Institute of Food Research, Norwich Research Park, Colney, Norwich NR4 7UA, b Dezvoltare cercetare clinică, TNO BIBRA, Carshalton SM5 4DS
Colaboratori: Acest articol a fost conceput, proiectat și scris de RE și TJO, care sunt garanții pentru acesta. Profesorul Sue Southon a asistat la pregătirea acestuia, oferind informații și sfaturi editoriale. Participanții la atelierul recent despre „nutrigenomică”, finanțat de Comisia Europeană, DG Cercetare, au contribuit la conceptele subiacente prin discuțiile lor de la reuniune.
Legătura dintre dietă și sănătate este bine stabilită, dar interesul reînnoit în ceea ce privește componentele dietetice sunt biologic active și modul în care își exercită efectele este alimentat de dezvoltarea genomicii nutriționale. Genomica nutrițională este aplicarea tehnologiilor genomice funcționale de mare randament în cercetarea nutrițională. Aceste tehnologii pot fi integrate cu baze de date ale secvențelor genomice 1 și variabilității genetice interindividuale, 2 permițând studierea procesului de exprimare a genelor pentru multe mii de gene diferite în paralel. Astfel de tehnici pot facilita definirea nutriției optime la nivel de populații, grupuri particulare și indivizi. La rândul său, aceasta ar trebui să promoveze dezvoltarea de tratamente derivate din alimente și alimente îmbunătățite funcțional pentru a îmbunătăți sănătatea.
Această revizuire discută atât știința, cât și potențialul acesteia.
Puncte rezumative
Dieta are un impact substanțial asupra bolilor cronice și a sănătății, iar tehnicile genomice funcționale ar putea permite definirea bioactivităților constituenților alimentari
Definirea acestor activități va permite îmbunătățirea stării de sănătate prin modificarea și fortificarea dietei, alimente noi și „nutraceutice”
Provocările constau în proiectarea optimă a studiilor nutriționale și în manipularea eficientă a vastelor seturi de date generate
Acum este posibil să se definească polimorfismele genetice care predispun indivizii la boli și să modifice cerințele nutriționale
Caracterizarea unor astfel de polimorfisme genetice va permite direcționarea sfaturilor nutriționale și a tratamentului către grupurile „cu risc”
Metode
Acest articol se bazează pe o revizuire a literaturii și experiența noastră personală combinată de 19 ani lucrând în cercetarea clinică și nutrițională moleculară. De asemenea, se bazează pe opinii de consens pentru provocările viitoare și oportunitățile atinse la un atelier recent finanțat de UE care abordează genomica nutrițională, găzduit de Institutul de Cercetare Alimentară.
Impactul dietei asupra sănătății noastre
Dovezile că dieta este un factor cheie de mediu care afectează incidența multor boli cronice sunt copleșitoare. 3, 4 Mărimea exactă a acestei contribuții este dificil de evaluat, dar s-a propus ca o reducere de 35% a incidenței standardizate în funcție de vârstă a cancerului în Statele Unite să fie realizabilă prin „mijloace dietetice practicabile”. 5 În mod clar, există potențialul unui imens beneficiu socioeconomic prin caracterizarea și exploatarea cu succes a factorilor de promovare a sănătății din alimente. Spectrul populației capabile să beneficieze de astfel de cercetări va depinde de modul în care informațiile sunt utilizate de oamenii de știință, industria alimentară și factorii de decizie politică.
Cum poate ajuta genomica nutrițională la atingerea acestor obiective?
Mâncarea pe care o consumăm conține mii de substanțe biologic active, dintre care multe pot avea potențialul de a oferi beneficii substanțiale pentru sănătate. 3, 6 Într-adevăr, mai mulți compuși derivați din alimente - cum ar fi sulforafanul, curcumina, licopenul și polifenolii din ceai - se numără printre cei mai promițători agenți chimiopreventivi care sunt evaluați. 7
Nu se cunoaște amploarea componentelor biologic active din dieta noastră, iar înțelegerea mecanismelor lor de acțiune este și mai limitată. O mare parte din datele disponibile au fost derivate din studii in vitro cu compuși purificați în forme și concentrații la care țesuturile din corpul nostru nu ar putea fi expuse niciodată. În timp ce această lucrare oferă un punct de plecare, sunt necesare sisteme de modele mai relevante din punct de vedere fiziologic - inclusiv caracterizarea amplorii și a ratei de absorbție, dispersarea țesuturilor și direcționarea specifică site-ului compușilor relevanți din punct de vedere metabolic și studii cuprinzătoare ale efectelor în timp și doză - sunt necesare pentru interpretarea adevăratul potențial al acestor constituenți. Mai mult, cercetarea nutrițională s-a concentrat în mod tradițional pe aspecte unice (cum ar fi reducerea riscului de boli cardiovasculare sau cancer) la persoanele „cu risc”, în timp ce ceea ce trebuie să abordăm este problema tuturor efectelor posibile ale componentelor alimentare specifice într-o populație eterogenă genetic . Acest lucru este deosebit de important pentru determinarea riscului neintenționat, precum și a beneficiilor preconizate.
Tehnologii genomice funcționale
O gamă de tehnologii formează baza practică a genomicii nutriționale (fig (fig1 1). 8-10 Acestea sunt încă în mare parte netestate în știința nutrițională, dar potențialul lor este subliniat de adoptarea rapidă a acestora în discipline precum farmaceutice, toxicologice și clinice. cu aceste discipline, principalele provocări pentru genomica nutrițională stau în proiectarea de studii semnificative pentru utilizarea acestor tehnici, proiectarea de studii capabile să descifreze interacțiunile complexe dintre diferențele genetice ale indivizilor, predispoziția la boală și interacțiunile compuse-gene, și integrarea și interogarea vastelor seturi de date pe care le vor produce astfel de studii.
Glosar de termeni
Matrice de ADN - Instrumente analitice pentru măsurarea cantităților relative de mii de specii de ARN din probele celulare sau de țesut. Uneori numită „transcriptomică”, transcriptomul fiind complementul complet al speciilor de ARN produse din genomul unui organism
Genomică - Studiul tuturor secvențelor de nucleotide, inclusiv genele structurale, secvențele reglatoare și segmentele de ADN necodificatoare, în cromozomii unui organism
Genomică funcțională - Aplicarea abordărilor experimentale globale (la nivel de genom sau la nivel de sistem) pentru a evalua funcția genei
Metabolomică (metabonomică) - Aplicarea tehnicilor la nivel de sistem (bazate în mod normal pe rezonanță magnetică nucleară) pentru profilarea metabolică. Unii folosesc termenul metabolomică pentru a acoperi analize atât în sisteme simple (celulare), cât și complexe (țesuturi sau corp întreg). Alții fac distincție între studiile de „metabolomică” numai în sisteme simple și „metabonomie” în sisteme complexe
Genomică nutrițională - Aplicarea abordărilor de genomică funcțională în cercetarea nutrițională
Proteomică - Studiul completului complet al proteinelor care pot fi exprimate în cadrul unui organism (un proteom). Cea mai comună abordare practică implică analiza comparativă a profilurilor proteice celulare sau tisulare vizualizate prin electroforeză bidimensională pe gel și analizate prin spectrometrie de masă a speciilor proteice selectate
Polimorfism cu nucleotide unice (SNP) - Cea mai comună formă de variabilitate genetică în genomul uman corespunzătoare unei singure substituții de nucleotide într-o secvență de ADN